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Untersuchungen zur Resistenz von Pelargonien gegen die Bakterien Xanthomonas hortorum (pv. pelargonii) und Ralstonia solanacearum sowie die Etablierung von biotechnologischen und molekularen Methoden zur züchterischen Nutzung derartiger Resistenzmerk

  • Die bakterielle Schleimkrankheit hervorgerufen durch Ralstonia solanacaerum, sowie die bakterielle Pelargonienwelke, verursacht durch Xanthomonas hortorum pv. pelargonii, sind zwei bedeutende Bakteriosen an Pelargonien. Für beide Krankheiten gibt es keine zugelassenen Bekämpfungsmethoden, so dass diese nur durch Einhalten phytosanitärer Maßnahmen kontrolliert werden können. Vor allem in Jungpflanzenbetrieben verursacht das Auftreten dieser beiden Schaderreger erhebliche finanzielle Einbußen. Ziel dieser Arbeit war es, ein breites Pelargonium-Sortiment hinsichtlich der Resistenz gegen X. hortorum pv. pelargonii und R. solanacearum zu testen. Folgende Ergebnisse wurden erzielt: Es konnten effektive Inokulationsmethoden entwickelt werden, die es ermöglichten reproduzierbare und zuverlässige Ergebnisse zu erzielen. Von insgesamt 114 getesteten Pelargonien–Genotypen konnten drei Genotypen mit einer Resistenz gegen beide Schaderreger selektiert werden. Das heißt, dass die Pflanzen nach der Inokulation mit dem jeweiligen Erreger keine Symptome zeigten und auch eine Bakterienvermehrung und –ausbreitung in der Pflanze nicht nachgewiesen werden konnte. Erstmals wurde im Rahmen dieser Arbeit eine Resistenz in Pelargonien gegenüber Ralstonia solanacearum nachgewiesen. Die gefundenen Resistenzen sollten anschließend in die anfällige Kultursorte Pelargonium x hortorum eingekreuzt werden. Eine Kreuzung zwischen den resistenten Genotypen und P. x hortorum konnte – jedoch nach mehreren Versuchen- aufgrund des phylogenetischen Abstands zwischen den einzelnen Genotypen nicht erfolgreich durchgeführt werden. Als Alternative zur natürlichen Kreuzung wurde die Protoplastenfusion verwendet. Hierfür wurden zunächst In-vitro-Kulturen von den resistenten und den anfälligen Ausgangspflanzen angelegt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden sowohl chemische Fusionen mit Hilfe von PEG als auch Elektrofusionen mit Pelargonium-Protoplasten durchgeführt. Durch eine Weiterentwicklung des Regenerationssystems für Pelargonium konnten erfolgreich Pflanzen aus der Protoplastenfusion regeneriert werden. Insgesamt wurden 320 Regeneratpflanzen aus der In-vitro-Kultur ins Gewächshaus überführt. Davon zeigten 43 Pflanzen phänotypische Auffälligkeiten, 277 Pflanzen konnten vom Phänotyp der Wildform (609) zugeordnet werden. Im Rahmen des Regenerationsprozesses wurden diverse Zusatzstoffe hinsichtlich ihrer fördernden Eigenschaften getestet. Unter anderem wurde die Wirkung von Chitosan unterschiedlicher Herkunft sowie zwei Konzentrationen von Nitroprussid auf die Regeneration geprüft. Die Regeneratpflanzen wurden ins Gewächshaus überführt und phänotypisch, molekular mit Mikrosatelliten, flowzytometrisch mit GISH sowie anhand des Inhaltsstoffmusters charakterisiert. 13 Pflanzen zeigten phänotypische Auffälligkeiten in der Blattform und –struktur, die auf eine Polyploidisierung des Materials hinweisen. Sechs der auffälligen Regenratpflanzen wurden verklont und in einem Resistenztest hinsichtlich ihrer Eigenschaften gegenüber Ralstonia solanacearum und Xanthomonas hortorum pv. pelargonii getestet. Ein Teil der Pflanzen waren resistent gegen beide Erreger die restlichen Pflanzen wurden als tolerant gegen beide Erreger eingestuft. Im Rahmen der molekularen Untersuchungen wurden bisher Homofusionate des resistenten Genotyps ermittelt. Die untersuchten Pelargonium-Regenerate mit höherer Ploidie wiesen des Weiteren Veränderungen im Inhaltsstoffmuster in Bezug zu den Ausgangspflanzen auf.
  • Pelargonium is one of the most important ornamental plants in home and garden. Cultivars are propagated vegetatively. The two bacterial pathogens Xanthomonas hortorum pv. pelargonii (Xhp) and Ralstonia solanacearum (Rs) cause bacterial wilt and blight and result in high economic losses. The characteristic symptoms of both diseases are wilting leaves. Because the infection pathway for the two pathogens is different, one aim of this study was the development of a reliable inoculation method for both pathogens. The screening methods were developed on plant material provided by Elsner pac® Dresden. 114 species of different sections were tested. Based on this inoculation methods 3 genotypes with resistance against Xanthomonas hortorum pv. pelargonii (Xhp) and Ralstonia solanacearum (Rs) were identified. Studies were realized to transfer the resistance, which was detected in a wild species to P. x hortorum. As sexuell crossings cannot be achieved protoplast fusions were conducted by developing and adapting respective protocols. The protoplast fusions were realized chemically (with Polyethylenglycol) and electrophysically. As a result 320 plants could be regenerated by improving the protocoll. 43 plants were phenotypically interesting based on their habitus and their leave structure. 277 plants equate the wild type phenotypically. For the regeneration some additives like Chitosan and Nitroprussid were testet in regard to the influence on the growth of the calli. The regenerated plants were cultivated in the greenhouse and characterized phenotypically, molecularly and with GISH and Flowcytometry. Besides this, volatile ingredients were determined. Until now all regenerated plants derived from homofusionates of the wild type.

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Metadaten
Author: Josefine Engel
URN:urn:nbn:de:gbv:9-001614-6
Title Additional (English):Resistance screening of Pelargonium against the bacteria Xanthomonas hortorum (pv. pelargonii) and Ralstonia solanacearum and establishment of biotechnological and molecular methods for application in resistance breeding
Advisor:Prof. Dr. Frieder Schauer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2013/11/13
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2013/08/20
Release Date:2013/11/13
Tag:Protoplastenfusion
GND Keyword:Pelargonie, Ralstonia solanacearum, Resistenz, Resistenzzüchtung, Xanthomonas
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Abteilung für Mikrobiologie und Molekularbiologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 570 Biowissenschaften; Biologie